普通小麦-冰草异源二体附加系中冰草P染色体的分子标记

摘要

冰草属(Agropyron)是小麦族中的一个多年生近缘种属，其染色体组为P，包括二、四、六3种倍性。四倍体冰草(Agropyron cristatum L．)是该属植物的模式种，具有极强的抗寒性、抗旱性和适度的耐盐性，同时高抗小麦白粉病、黄矮病、锈病等病害。本研究室首次突破小麦．冰草远缘杂交并且获得了19个小麦．冰草异源二体附加系。本实验对小麦SSR和EST-SSR引物在冰草上的通用性进行了研究，在此基础上，利用SSR及EST-SSR分子标记对普通小麦．冰草异源二体附加系进行了分析，其目的是筛选出小麦一冰草异源二体附加系中冰草P染色体的分子标记，并结合形态学性状及叶锈抗性对附加系进行归类。获得主要结果如下： 1．通过形态学性状比较，可将19个附加系归为9类；通过苗期抗小麦叶锈混合小种PHT和THT鉴定，发现Fukuho表现高感，冰草Z559表现近免疫，5个附加系(Ⅱ-30-5、Ⅱ-1-3、Ⅱ-3-1、Ⅱ-9-3、Ⅱ-Ⅱ-1)表现完全免疫，表明该5个附加系中的冰草染色体携带有小麦抗叶锈基因，是挖掘抗小麦叶锈种质资源的宝贵材料。 2．小麦SSR和EST-SSR引物对冰草的通用性比较发现，有89.0％的SSR和89.5％的EST-SSR引物对Fukuho基因组DNA可有效扩增， 42.3％的SSR和73.5％EST-SSR引物对Z559基因组DNA可有效扩增，表明小麦EST-SSR对冰草的通用性明显高于SSR； SSR引物和ESq-SSR引物的扩增强带比率分别为76.1％、84.1％，说明小麦EST-SSR引物在冰草上扩增带的质量亦优于SSR；SSR引物在3个小麦品种间扩增产物的多态性高于EST-SSR引物，而两类引物在3个不同倍性冰草间扩增产物的多态性水平相当。通用性和多态性比较分析表明，普通小麦EST-SSR和SSR经筛选虽都能转用于冰草，但相比之下EST-SSR更优。 3．通过对19个小麦-冰草附加系及其双亲的PCR分析，共筛选到62个冰草P染色体的SSR和EST-SSR标记。利用13个附加系筛选到19个标记，其中5个标记(即ksum41<,208>、ksum62<,148>、cnll23<,240>、swes160<,228>和xgwm124<,126>)可用来追踪附加系II-21-2和Ⅱ.21.6中P染色体；6个标记(即hafl18<,146>、swes19<,220>、swes22<,225>、swes157<,205>、swes143272和xgdm 107<,316>)可用于检测和追踪附加系Ⅱ-4-2、5038、Ⅱ-5-1和5043中P染色体；7个标记(即swes90<,126>、swes160<,228>、swes220<,170>、swes223<,132>、swses236<,180>、cef37<,158>和xgwm162<,182>)可用于检测和追踪附加系Ⅱ-30-5、Ⅱ-1-3、Ⅱ-3-1、Ⅱ-9-3和Ⅱ-ll-l中P染色体； cfe37<,158>和ksum154<,148>分别是附加系Ⅱ-7-1和Ⅱ-8-1中P染色体的唯一标记。通过四倍体冰草筛选获得的这些标记在3个不同倍性的冰草中扩增带型基本一致，即也适用于二、六倍体冰草P染色体的快速检测与追踪。 对另外6个小麦-冰草附加系进行PCR扩增， 43对引物在6个附加系中扩增出滚草染色体的特异标记，其中29对小麦SSR和EST-SSR引物在6个附加系中均有冰草辕j异带的扩增。在6个附加系均有扩增的引物中，第六同源群的引物占到一半以上，其它}各同源群引物仅有少量分布，初步断定该6个小麦．冰草附加系中的冰草染色体与小麦。第六同源群具有部分同源关系，但该染色体可能与冰草其它染色体间发生了复杂的重排。据此，将这6个附加系中的冰草染色体暂命名为6P染色体，但相互间不尽完全相同。另外比照小麦染色体遗传图谱简要地绘制出了这6个附加系中的冰草P染色体遗传模式图谱。 上述研究建立的SSR和EST-SSR分子标记不仅能够迅速、准确、可靠地检测和追踪小麦-冰草远缘杂交后代中的外源冰草染色质，而且为附加系归类和确立附加系中冰草染色体的部分同源群归属提供依据。结合形态学性状将19个附加系归为6类：第一类是Ⅱ-21-2和Ⅱ-21-6，其中的P染色体涉及第一和第四部分同源群；第二类，Ⅱ-4-2、5038、Ⅱ-5-1和5043，其中的P染色体可能归属第七部分同源群；第三类是Ⅱ-30-5、Ⅱ-1-3,Ⅱ-3_1、Ⅱ-9-3和Ⅱ-11—1，其中的P染色体携带有抗叶锈基因，但存在复杂的遗传重排；第四类是Ⅱ-7-1；第五类是Ⅱ-8-1；第六类是Ⅱ-29-2Ⅱ、5114、5113、Ⅱ-26、5106和4844-12，其中的P染色体归属第六部分同源群。上述研究结果为冰草染色体遗传图谱的构建和比较基因组学的研究奠定了基础。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章文献综述

1.1小麦-冰草远缘杂交的进展

1.1.1冰草属的分类及植物学性状

1.1.2冰草属植物的分布及可利用性

1.1.3普通小麦与冰草属间的杂种

1.1.4小麦-冰草异源二体附加系的创建和研究

1.1.5向普通小麦转移冰草有益基因的进展

1.2小麦外源染色质的鉴定和追踪

1.2.1形态标记鉴定

1.2.2细胞学方法鉴定

1.2.3生化标记鉴定

1.2.4分子标记鉴定

1.2.5异源染色体与小麦部分同源群关系的确定

1.3小麦族植物基因组分子标记的建立和应用

1.3.1小麦属植物基因组(A、B、G、D)分子标记

1.3.2黑麦属植物基因组(R)分子标记

1.3.3大麦属植物基因组(H)分子标记

1.3.4山羊草属植物基因组(SCUMD)分子标记

1.3.5偃麦草属植物基因组(StE)分子标记

1.3.5簇毛麦属植物基因组(V)分子标记

1.3.5其它小麦族植物基因组的分子标记

1.4本研究的目的意义、技术路线和研究内容

1.4.1目的意义

1.4.2技术路线

1.4.3研究内容

第二章普通小麦-冰草二体附加系的形态学性状与抗叶锈鉴定

2.1材料与方法

2.1.1实验材料

2.1.2小麦-冰草附加系的形态学调查方法

2.1.3小麦-冰草附加系的抗叶锈鉴定方法

2.2结果与分析

2.2.1形态学性状

2.2.2小麦-冰草附加系的抗叶锈鉴定

2.3讨论

第三章小麦SSR和EST-SSR引物对冰草扩增通用性的比较分析

3.1材料与方法

3.1.1实验材料

3.1.2 DNA提取

3.1.3 PCR扩增与电泳检测

3.2结果与分析

3.2.1小麦SSR和EST-SSR引物在普通小麦品种Fukuho和四倍体冰草Z559中的扩增效果比较

3.2.2普通小麦SSR和EST-SSR引物在小麦及冰草上的多态性比较

3.2.3普通小麦SSR和EST-SSR引物对冰草通用性的比较

3.3 讨论

3.3.1 SSR和EST-SSR在近缘物种上的通用效率

3.3.2小麦SSR和EST-SSR在近缘物种中的多态性

第四章冰草P染色体SSR和EST-SSR标记的建立与应用

4.1材料与方法

4.1.1实验材料

4.1.2 SSR和EST-SSR分析

4.2结果与分析

4.2.1普通小麦与冰草间多态性SSR和EST-SSR引物的筛选

4.2.2小麦-冰草附加系SSR和EST-SSR分析

4.2.3 3对引物的染色体定位

4.2.4部分特异引物在3个不同倍性冰草中扩增情况

4.2.5冰草P染色质分子标记的应用

4.3讨论

4.3.1 SSR、EST-SSR标记对于鉴定小麦外源P染色质的利用价值

4.3.2利用SSR、EST-SSR标记确定冰草P染色体部分同源群归属

4.3.3 P染色体遗传重排

第五章结论

参考文献

附录

致谢

作者简介